20_Czynniki_modyfikujace_strukture_DNA.pdf

(111 KB) Pobierz

20

20.

CZYNNIKI MODYFIKUJ Ą CE

STRUKTUR Ę DNA

Iwona ś ak, Paweł Niemiec

Czynniki chemiczne lub fizyczne o charakterze mutagennym s ą niejedno-

rodn ą grup ą . Wszystkie reaguj ą bezpo ś rednio z DNA, wprowadzaj ą c modyfikacje

w strukturze nukleotydów, le Ŝą ce u podstaw zmian sekwencji zasad azotowych.

Chemicznymi czynnikami modyfikuj ą cymi struktur ę DNA s ą : kwas azotawy, hy-

droksylamina, zwi ą zki alkiluj ą ce, analogi zasad azotowych, barwniki akrydynowe,

policykliczne w ę glowodory aromatyczne oraz reaktywne formy tlenu. Charakter

mutagenny wykazuj ą niektóre leki, np.: pewne klasy cytostatyków, antybiotyków

oraz leków psychotropowych. Do fizycznych czynników mutagennych zalicza si ę

promienie X, promienie α , β , γ , UV oraz hipertermi ę .

Chemiczne czynniki modyfikuj ą ce DNA

Kwas azotawy jest zwi ą zkiem, który deaminuje cytozyn ę , adenin ę i guanin ę

w DNA. Deaminacja cytozyny przekształca j ą w uracyl. Deaminacja kwasem azo-

tawym adeniny przekształca j ą w hipoksantyn ę .

NH 2

O

N

kwas azotawy

deaminacja

N

O

H

O

H

cytozyna

uracyl

NH 2

O

N

N

kwas azotawy

deaminacja

N

N

H

N

N

H

adenina

hipoksantyna

Deaminacja kwasem azotawym guaniny przekształca j ą w ksantyn ę .

346

H

1581369.054.png

1581369.065.png

1581369.076.png

1581369.087.png

1581369.001.png

1581369.005.png

1581369.006.png

1581369.007.png

1581369.008.png

1581369.009.png

1581369.010.png

1581369.011.png

1581369.012.png

O

O

HN

N

kwas azotawy

deaminacja

HN

N

H 2 N

N

H

O

N

H

guanina

ksantyna

Je ś li modyfikacje te zostan ą utrwalone podczas replikacji, wówczas w DNA

ma miejsce zamiana zasad azotowych GC na AT, gdy nast ą piła deaminacja typu

cytozyna → uracyl lub zamiana zasad azotowych AT na GC, gdy miała miejsce

deaminacja typu adenina → hipoksantyna, lub zasad azotowych GC na AT, gdy za-

szła deaminacja typu guanina → ksantyna w DNA.

Hydroksylamina jest zwi ą zkiem, który w układzie in vitro reaguje z cyto-

zyn ą w DNA, przekształcaj ą c j ą w zwi ą zek podobny do uracylu, w konsekwencji

mo Ŝ e prowadzi ć to do tranzycji C → T.

N

OH

O

O

N

CH 3 S O CH 3

H 2 N C N

CH 2 CH 3

N O

HONH

hydroksylamina

O

metylosulfonian metylu

etylonitrozomocznik

-helisie

wykazuje atom azotu (N7) guaniny. W dalszej kolejno ś ci mog ą ulega ć alkilacji

atomy azotu guaniny (N1), adeniny (N1 i N3) i cytozyny (N3). Pod wpływem tych

zwi ą zków obserwuje si ę liczne tranzycje i transwersje typu: AT → TA, AT → GC,

GC → CG, GC → AT, GC → TA. Analogiczny mechanizm działania (z mechani-

zmem bifunkcyjnych zwi ą zków alkiluj ą cych) wykazuj ą niektóre pochodne platyny

(Pt), wykorzystywane w terapii przeciwnowotworowej. Do grupy tej nale Ŝ y mi ę -

dzy innymi cis -diamino-dichloroplatyna (cDDP).

a

H 3 N

Pt

Cl -

Cl -

Cl -

Pt

NH 3

NH 3

Cl -

NH 3

trans diamino dichloroplatyna

-

-

cis diamino dichloroplatyna

-

-

Rezultatem budowy cDDP (centralnie poło Ŝ ony atom Pt z dwiema reaktyw-

nymi grupami Cl - ) jest skłonno ść do łatwej zamiany ligandów w ś rodowisku wod-

nym i do formowania kompleksów z grupami funkcyjnymi o ujemnym ładunku,

czyli z grupami nukleofilowymi w cz ą steczkach substancji biologicznie czynnych.

347

H

Do zwi ą zków alkiluj ą cych nale Ŝą mi ę dzy innymi sulfonian dietylowy, sul-

fonian etylometylowy oraz metylosulfonian metylu, etylonitrozomocznik i diepok-

sybutan. Obecno ść grup metylowych, etylowych i innych w tych zwi ą zkach, po-

woduje alkilacj ę zasad azotowych. Najwi ę ksz ą wra Ŝ liwo ść na alkilacj ę w

1581369.013.png

1581369.014.png

1581369.015.png

1581369.016.png

1581369.017.png

1581369.018.png

Mo Ŝ na wyró Ŝ ni ć dwa rodzaje oddziaływa ń tego cytostatyku z DNA. S ą to mono-

funkcyjne oraz bifunkcyjne reakcje zwi ą zku. Efekt monofunkcyjny dotyczy rzad-

kich przypadków, kiedy jeden z atomów chloru unieczynniany jest przez np. H 2 O

( ryc. a ) lub białko niehistonowe – ryc. b (około 0,15% wszystkich adduktów

cDDP–DNA).

a) b) c) d)

Bifunkcyjne działanie cis -platyny jest znacznie cz ęś ciej spotykane i silniej-

sze od monofunkcyjnego. Reakcja wymiany obu ligandów mo Ŝ e mie ć dwojaki

charakter: jeden z nich polega na mi ę dzyniciowym wi ą zaniu krzy Ŝ owym z zasa-

dami nale Ŝą cymi do dwóch ró Ŝ nych nici ( ryc. c ), stanowi mniej ni Ŝ 1% całkowitej

ilo ś ci adduktów cDDP–DNA. Drugi, najwa Ŝ niejszy pod wzgl ę dem terapeutycz-

nym, polega na wewn ą trzniciowym wi ą zaniu krzy Ŝ owym z zasadami azotowymi

nale Ŝą cymi do tej samej nici ( ryc. d ), stanowi około 98% wszystkich adduktów

cDDP–DNA. Odległo ść mi ę dzy dwoma labilnymi ligandami Cl - w cz ą steczce

cDDP jest rz ę du 0,33 nm, niemal taka sama, jak odległo ść mi ę dzy dwiema s ą sia-

duj ą cymi zasadami w α -helisie. St ą d w krzy Ŝ owych wi ą zaniach wewn ą trznicio-

wych dominuj ą oddziaływania typu 1,2-wi ą za ń wewn ą trzniciowych. Oddziaływa-

nia te nie wyst ę puj ą w izomerze trans -DDP, u którego odległo ść mi ę dzy dwoma

labilnymi ligandami Cl - równa si ę 0,45 nm. Trans -diamino-dichloroplatyna nie

wykazuje wi ę c wła ś ciwo ś ci genotoksycznych.

Analogi zasad azotowych s ą strukturalnie podobne do zasad wyst ę puj ą cych

w cz ą steczce DNA, dzi ę ki temu mog ą by ć rozpoznawane i wbudowywane podczas

T A C G T T G

A T G C A A C

5 Bu

T A C G B T G

A T G C A A C

O

zmiana

tautomeryczna

Br

HN

T A C G B T G

A T G C G A C

O

N

replikacja

5 bromouracyl

-

5-bromouracyl

5Bu

( )

5

Bu

T A C G C T G

A T G C G A C

348

H

1581369.019.png

1581369.020.png

1581369.021.png

1581369.022.png

1581369.023.png

1581369.024.png

1581369.025.png

1581369.026.png

1581369.027.png

1581369.028.png

1581369.029.png

1581369.030.png

1581369.031.png

replikacji przez polimeraz ę DNA. Powoduj ą one mutacje na skutek niewła ś ciwego

parowania zasad. Przykładami tych zwi ą zków mog ą by ć 2-aminopuryna i 5-bro-

mouracyl. Drugi z tych zwi ą zków jest analogiem tyminy i normalnie ulega paro-

waniu z adenin ą . 5-bromouracyl mo Ŝ e ulec przesuni ę ciu tautomerycznemu, na

skutek którego ulega parowaniu z guanin ą . Po replikacji wyj ś ciowa para TA zosta-

je zast ą piona przez GC.

Barwniki akrydynowe wnikaj ą (interkaluj ą ) mi ę dzy zasady azotowe w ła ń -

cuchu DNA, powoduj ą c ich rozsuni ę cie. Do grupy tej nale Ŝą mi ę dzy innymi oran Ŝ

akrydyny, proflawina oraz akryflawina.

Deformacje matrycy DNA, spowodowane interkalacj ą barwników akrydy-

nowych, wywołuj ą bł ę dy replikacji, prowadz ą ce w rezultacie do delecji lub insercji

pojedynczych par nukleotydów, a w dalszej konsekwencji do mutacji typu zmiany

ramki odczytu.

H 2 N

N

NH 2

H 2 N

N

CH 3

ak ry flawina

NH 2

proflawina

Interkalatorem jest te Ŝ bromek etydyny . Cz ą steczka tego zwi ą zku zawie-

ra cztery pier ś cienie o rozmiarach zbli Ŝ onych do pary zasad puryna-pirymidyna.

Mechanizm działania bromku etydyny jest podobny do mechanizmu działania

barwników akrydynowych. Zwi ą zek ten wykorzystuje si ę powszechnie jako barw-

nik DNA, stosowany w elektroforezie agarozowej. Pod wpływem UV zwi ą zany

z DNA bromek etydyny emituje ś wiatło o zabarwieniu pomara ń czowym.

NH 2

H 2 N

N +

CH 3 Br -

bromek etydyny (EtBr)

Wielopier ś cieniowe w ę glowodory aromatyczne , takie jak np. benzo[ a ]pi-

ren czy benzo[ a ]antracen tworz ą addukty z DNA. S ą to produkty reakcji przył ą -

czania (addycji) atomów lub cz ą steczek (w tym przypadku wielopier ś cieniowych

w ę glowodorów aromatycznych) do cz ą steczki innego zwi ą zku (w tym przypadku

DNA).

349

1581369.032.png

1581369.033.png

1581369.034.png

1581369.035.png

1581369.036.png

1581369.037.png

1581369.038.png

1581369.039.png

1581369.040.png

1581369.041.png

1581369.042.png

1581369.043.png

1581369.044.png

1581369.045.png

1581369.046.png

1581369.047.png

1581369.048.png

1581369.049.png

1581369.050.png

1581369.051.png

1581369.052.png

O

cytochrom P 450

aktywacja metaboliczna

HO

OH

benzo[ a ]piren

7 8

, - diol - , - tlenek

9 10

Wielopier ś cieniowe w ę glowodory aromatyczne zaliczane s ą do promutage-

nów, czyli zwi ą zków, które staj ą si ę wła ś ciwymi mutagenami dopiero po metabo-

licznym przekształceniu w organizmie. W aktywacji metabolicznej cz ę sto uczest-

niczy kompleks cytochromu P450. Podobne zwi ą zki wyst ę puj ą w dymie papiero-

sowym, kawie, herbacie oraz przede wszystkim w pokarmach pochodzenia zwie-

rz ę cego. Najwi ę cej znajduje si ę ich w tzw. czerwonym mi ę sie.

Addukty z DNA tworz ą tak Ŝ e niektóre heterocykliczne aminy aromatycz-

ne , powstaj ą ce równie Ŝ podczas obróbki termicznej białkowych produktów Ŝ yw-

no ś ciowych, szczególnie podczas długotrwałego sma Ŝ enia mi ę sa w temperaturze

powy Ŝ ej 150 ° C, skutkiem pirolizy aminokwasów (glicyna, kwas glutaminowy,

tryptofan, fenyloalanina). Dzi ę ki ł ą czeniu si ę z kreatynin ą i cukrem tworz ą muta-

genne heterocykliczne aminy aromatyczne, np:. 3-amino-1-metylo-5 H -pirydo

[4,3- b ]indol (Trp-P-2), 2-amino-6-metylodipirydo [1,2- a :3’,2’- d ]indol (Glu-P-1),

2-amino-5-fenylopirydyna.

CH 3

N

N

NH 2

( )

H

Trp P -

-

N

NH 2

N

NH 2

N

2

-

amino fenylopirydyna

-

5

-

N

CH 3

( )

-

P 1

Wolne rodniki reaguj ą ce z DNA to rodnik hydroksylowy (OH • ), jon wodor-

kowy (H • ) oraz anion ponadtlenkowy (O 2 -• ). Główn ą , aktywn ą form ą tlenu, odpo-

wiedzialn ą za powstanie wi ę kszo ś ci oksydacyjnych uszkodze ń cz ą steczki DNA,

jest rodnik hydroksylowy . Wynika to z jego silnie elektrofilowego charakteru,

który warunkuje dwa podstawowe typy przemian składowych cz ą steczki DNA:

350

-

Glu

( Glu-P-1)

1581369.053.png

1581369.055.png

1581369.056.png

1581369.057.png

1581369.058.png

1581369.059.png

1581369.060.png

1581369.061.png

1581369.062.png

1581369.063.png

1581369.064.png

1581369.066.png

1581369.067.png

1581369.068.png

1581369.069.png

1581369.070.png

1581369.071.png

1581369.072.png

1581369.073.png

1581369.074.png

1581369.075.png

1581369.077.png

1581369.078.png

1581369.079.png

1581369.080.png

1581369.081.png

1581369.082.png

1581369.083.png

1581369.084.png

1581369.085.png

1581369.086.png

1581369.088.png

1581369.089.png

1581369.090.png

1581369.091.png

1581369.092.png

1581369.093.png

1581369.094.png

1581369.095.png

1581369.096.png

1581369.097.png

1581369.002.png

1581369.003.png

1581369.004.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

16_Chemiczne_modyfikacje_reszt_aminokwasow.pdf (318 KB)
15_Polipeptydy_i_bialka.pdf (867 KB)
14_Peptydy.pdf (89 KB)
13_Aminokwasy_i_ pochodne.pdf (191 KB)
12_Lipidy_i_ pochodne.pdf (587 KB)

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin